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交通车辆用高度阀偏心圆柱销断裂机理研究

编辑:扬州中悦机械有限公司时间:2020-08-17

高度阀是安装在轨道交通车辆车体上并通过 一端固定在转向架上的竖向调整杆来连接车体与转向架的关键部件之一。 在轨道交通车辆运行中,发生过多起高度阀充 风/排风功能失效故障,致使高度阀无法正常调整 车体高度,导致车体高度超限、车体倾斜等安全事故。为了解决此类问题,结合高度阀工作原理和水 平杠杆变形模型,研究偏心圆柱销断裂机理,分析高度阀充风/排风功能失效的根本原因。 

1 高度阀工作原理

高度阀的内部结构如图 1 所示。


图 1 中,驱动轴上装有一个偏心圆柱销,使水平杠杆旋转时 圆柱销推动活塞左右移动。活塞与活塞杆通过 圆柱销相连,因此活塞带动活塞杆左右移动。活 塞杆向右移动时,推开阀垫,此时压缩空气经过 总风口进入空簧口,向空气弹簧充风,车体高度逐渐升高。反之,空腔弹簧内的压缩空气向大气 排出,降低车体高度。水平杠杆位于水平位时, 活塞杆处于中立位,同时关闭总风口、空簧口和 活塞 杆 空 腔 之 间 的 气 路,因此车 体 高 度 保 持不变。 



2 动力学模型的建立 2. 1 高度阀水平杠杆变形模型 如图 2 所示,车辆施加制动后,虽然转向架停止 运动,但是在惯性力的作用下车体还会以转向架停 止运动之前的速度 vt,0向前运动,最终在反向拉力的作用下减速并停止。


车辆设计过程中,对制动提出了最大冲动率的要求,因此根据最大冲动率可求得转向架停止瞬间 车体与转向架的相对运动速度: t0 = aE /Im ( 1) vt,0 = aE t0 { ( 2)

式中:vt,0———转向架因制动停止运动前的速度; t0———转向架速度由 vt,0降为 0 的时间; aE———车辆停止瞬间的减速度; Im———车辆允许的最大冲动率。 在坡道上,车体不仅受到减振器等机构的拉 力,还会受到车体的下滑力。下滑力 Ft 如式( 3)

所示: Ft = ( mV /2 - mB ) gsin θ ( 3)

式中:mV———车辆的质量; mB———单个转向架的质量; θ———轨道坡度; g———重力加速度。 在反向拉力作用下,车体速度在 ti 内由 vt,0降 为 0,因此由反向拉力和车体下滑力产生的减速度

如式( 4) 所示: ad = 4Fd - Ft mV /2 - mB ( 4)

式中:ad———反向拉力作用下产生的减速度; Fd———一套减振器等机构的反向拉力。


车体与转向架的相对位移 Δy 如式( 5) 所示: Δyi = vt,0 ti + 12 ad t2i ( 5)

式中:Δyi———ti 时刻车体与转向架的相对位移; ti———车体相对转向架完全停止所需的时间。 如图 3 所示,高度阀固定在车体上,竖向调整杆 的一端固定在转向架上,另一端连接在高度阀水平杠杆上,而高度阀水平杠杆通过螺栓固定在驱动轴上,因此车体与转向架之间存在相对运动时,水平杠杆受到竖向调整杆的拉力而产生较大的挠度。